JP3128842B2

JP3128842B2 - 液中撮像装置

Info

Publication number: JP3128842B2
Application number: JP03052149A
Authority: JP
Inventors: 直樹原; 幹雄依田; 昭二渡辺; 伊智郎圓佛; 智則金子; 文智呉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 2001-01-29
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH04287575A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中微小物体を撮像
する液中撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場では、エアレーションタンク
において流入水に空気を吹き込み（曝気）、流入水中の
有機物を微生物に摂取させることで有機物を除去し、続
いて微生物を沈殿池で沈降させて上澄液を放流してい
る。このため、有機物を摂取しかつ沈降性のよい微生物
を維持することが必要である。これら微生物は凝集性微
生物と糸状性微生物に大別され、此の中で糸状性微生物
が繁殖しすぎると沈降性が悪くなる（バルキング現象と
称されている）。沈降性が悪化すると沈殿池から微生物
が流出することになるので、糸状性微生物を繁殖させな
いことが重要である。糸状性微生物として、例えばスフ
ァエロテルス(Sphaerotilus)などがある。このように、
下水処理プロセスにおいては糸状性微生物が繁殖すると
処理が悪化したり、これらが流出するという問題点を生
じる。これらを防止するためには、微生物の種類やその
出現量オンラインで定量的に計測し運転管理に反映させ
る必要が有る。

【０００３】微生物の出現頻度や濃度を考慮した運転管
理を実現するには、微生物を連続的かつ自動的に観察で
きる撮像装置が不可欠である。この場合、微生物の凝集
状態やその棲息環境を乱さずに撮像し、正確な情報を得
ることが重要である。微生物観察装置としては、特開昭
62−184428号の被検水をパイプで導きプランジャでサン
プリング固定して光を当てて倍率可変のカメラで撮影観
察する方法や、特開昭63−41639 号の浸漬型の微生物モ
ニタが発明されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭63−41639 号で
は、エアレーションタンク内の状態を直接観察できる
が、サンプリング室の隙間が固定かつ狭いため、サンプ
ル室厚さ以上の微生物群を観察できない。また、横向き
配置のため微生物が重力沈降し、モニタの下方向に移動
してしまい、安定な画像が得られない。

【０００５】特開昭62−184428号の方法は、被検水サン
プリング方式であり、サンプリング過程にて微生物が破
壊される、または凝集してしまうため正確に測定できな
い等の問題がある。また、プランジャを駆動し微小物体
を含むサンプル固定のため数百μｍ以下に隙間を調整す
るが、下水処理場に流入する汚水中には土砂や木片等隙
間幅以上の異物も混入しているため、これら異物がプラ
ンジャに挾まれた場合プランジャの無理な押しつけが発
生し、駆動装置や接液窓を損傷する危険性がある。

【０００６】本発明の目的は、安定した微小物体画像を
連続して得るための液中撮像装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、浸漬式の２
つの防水ケースからなり、一方の本体ケースは混合液タ
ンク外に設置した架台と連結した支持棒に固定し、他方
の防水ケースは前記本体ケースを基準として移動可能な
プランジャとし、本体ケースにはプランジャと対向する
部分に観察窓を設置、観察窓外の混合液を撮像対象とす
る拡大光学手段とテレビカメラを内蔵し、プランジャに
は本体ケース観察窓と対向する位置に観察窓を配し該観
察窓外の混合液を照明する手段を内臓させ、前記プラン
ジャ駆動手段、観察窓洗浄手段の動作異常検知手段と、
前記照明手段の光量異常検知手段を具備した撮像装置に
より達成できる。

【０００８】

【作用】本発明を構成する上記手段において、プランジ
ャは本体ケースに近づく、離れるの動作を繰り返す。近
づく動作は微生物混合液を取り込んで観察画像を得るも
のでプランジャと本体ケース間の隙間が１５０μｍ以下
に調節され、離れる動作は取り込んだ混合液を入れ替え
るため、観察窓をワイパー、ブラシ等で洗浄するため最
大数十mmに隙間を調整する。この近づく動作で粗大、あ
るいは固い異物が観察窓ガラス間に混入した場合、駆動
手段で動作するプランジャが本体ケースに無理に押しつ
けられ窓ガラスを傷つけるだけでなく破壊の危険性があ
る。また、本体とプランジャに異物が絡まった場合、離
れる動作はプランジャ駆動手段、ワイパー駆動手段に無
理な力が加わり損傷の危険性がある。この時、駆動手段
に備わった駆動力センサーやタイマー等による異常検知
手段が作動し、駆動電源断、異常警報出力を行なう。

【０００９】プランジャと本体ケース間に異物が混入し
正常な画像が得られない場合や、窓ガラス面に洗浄でき
ない汚れが付着した場合、テレビカメラの受光量異常検
知手段が作動し、ワイパーを駆動する。更に続けて異常
を検知した場合、異常警報を出力する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１１】図１は、撮像装置２００の構造を表した図
で円筒形の撮像装置の断面図である。以下図１にて、撮
像装置２００を説明する。

【００１２】撮像装置２００は、テレビカメラ２１２の
撮像面法線方向が、垂直方向になるよう微小物体を含む
混合液中に浸漬する。撮像装置２００は、防水ケース２
１０とプランジャ２１１の２つの部分から成る。プラン
ジャ２１１はアーム２２２を介し本体ケース２１０と接
続されている。本体ケース２１０内に設置されているプ
ランジャ駆動用モータ２１４は、動力変換器２１５を経
由してアーム２２１を上下に動かすことで、プランジャ
２１１を本体ケース２１０から離す(下げる)、密着させ
る(上げる)機能を有する。アーム２２２外輪の圧縮コイ
ルバネ２２３はプランジャ２１１と本体ケース２１０密
着時には圧縮力を受けず、離した状態で圧縮力を受ける
よう設置されている。アーム２２１が上がるとコイルバ
ネ２２３の弾性力によってプランジャ２１１が上昇し本
体ケース２１０と密着する。プランジャ２１１が本体ケ
ース２１０に密着した場合１００μｍ程度のサンプリン
グ空間(図示せず)を形成する。プランジャ駆動用モータ
２１４の回転方向，起動，停止，回転速度の緩急指令の
信号は、現場操作盤(図示せず)から送信されてくる。
尚、図１はプランジャ２１１が本体ケース２１０から離
れた状態を示す図である。サンプル空間内に満たされる
微小物体を含む混合液には、プランジャ２１１内に設置
された照明装置２１９の光がサンプル固定用ガラス２１
８を介して照射され、その照射光は、観察窓２１７，光
学的拡大装置２１６を経て、テレビカメラ２１２に導か
れる。ここで混合液の輝度信号を電気信号に変換する。
テレビカメラ２１２内の撮像素子(２次元)は、受光した
明るさ(輝度)の程度に応じ出力電圧の異なる信号(映像
信号)を発生する。このように、テレビカメラ２１２か
らは映像信号が出力される。尚、プランジャ２１１の内
装は艶無し黒色塗装として照射光の乱反射を防ぎ、安定
した照射光を得る。

【００１３】ワイパ駆動用モータ２１３は、現場操作盤
３３０(図示せず)からの指令にてワイパ２２０(詳細図
示せず)を駆動し、観察窓２１７及びサンプル固定用窓
ガラス２１８の表面の洗浄とサンプル空間の混合液の入
れ替えを実施する。ワイパ駆動時は、プランジャ２１１
と本体ケース２１０から離れた状態であることを前提条
件とするインターロックがとられている。プランジャ駆
動モータ異常検知器260とワイパー駆動モータ異常検知
器２６１は、各モータのトルクが規定値以上になると異
常信号を現場操作盤３３０に送信する。

【００１４】図２にて撮像装置２００のプランジャ２１
１，コイルバネ２２３，ワイパ220の動作を説明する。

【００１５】図２（Ａ）は、サンプリング並びにワイパ
起動時のプランジャ２１１状態を示す図である。動力変
換器２１５はアーム２２１を垂直方向に押出しプランジ
ャ２１１と本体ケース２１０の間隔を広げる。この時コ
イルバネ２２３は圧縮される。ワイパ２２０は細いブラ
シ、ゴム板等の材質で駆動用モータ２１３の回転力にて
動作し、観察窓２１７とサンプル固定用窓ガラス２１８
の接液面汚れを洗浄する。

【００１６】図２（Ｂ）は、撮影時のプランジャ状態を
示す図である。動力変換器２１５はアーム２２１を本体
ケース２１０内に収納する。この時コイルバネ２３３は
圧縮状態から開放され、その弾性力でプランジャ２１１
と本体ケース２１０を密着する。サンプル空間２３０
は、平滑な観察窓２１７と凹形のサンプル固定用窓ガラ
ス２１８にて密閉された状態になり、混合液中の微小物
体は閉じ込められ固定される。このとき、ワイパ２２０
は、プランジャ２１１に接触しない位置に移動完了して
いる。

【００１７】図３は、サンプル空間２３０付近を拡大し
た図である。プランジャ２１１（図示せず）側のサンプ
ル固定用窓ガラス２１８の凹みはサンプル空間２３０を
形成し、観察窓２１７とサンプル固定用窓ガラス２１８
が接近した場合、両者間の空間に漂う微小物体群２５０
は、サンプル空間２３０に重力沈降も加わり、外部に流
れだすことも無く閉じ込めることができる。

【００１８】図４は本発明を下水処理プロセスに適用し
た実施例を示す。図４は活性汚泥による下水処理設備へ
の適用例である。家庭や工場等から排水された下水は、
沈殿池１００で粗大な物体を除いた後エアレーションタ
ンク１１０に導かれる。エアレーションタンク１１０に
は前方に配置した沈殿池１００の上澄液(汚水)と汚泥返
送管１６０から返送汚泥(微生物)が流入する。この流入
汚水には例えば、土砂や果実種，木片などで数mmから数
十mmの大きさのものもある。ブロワ１４０は送気管１３
０を介し送気し、散気装置１２０からエアレーションタ
ンク１１０に空気を供給し、エアレーションタンク１１
０内に供給された返送汚泥と汚水を撹拌混合する。返送
汚泥すなわち活性汚泥は微生物の凝集した粒径０.１〜
１.０mm前後の塊(フロック)で、数十種の微生物を含む
が、大別すると糸状性微生物と凝集性微生物とから成
る。活性汚泥は、供給された空気中の酸素を吸収して汚
水中の有機物を分解して炭酸ガスと水にする。有機物の
一部は活性汚泥の菌体増殖に当てられる。活性汚泥と汚
水の混合液は沈殿池１５０に導かれ、ここで活性汚泥が
重力沈降し、上澄液は通常塩素殺菌処理の後放流され
る。沈降した汚泥は汚泥返送管１６０から返送汚泥とし
てエアレーションタンク１１０に再循環し、一部は余剰
汚泥として系外に排出し、脱水や焼却等の工程を経て処
理する。

【００１９】撮像装置２００はエアレーションタンク１
１０の液中に浸漬され、エアレーションタンク内の微生
物の拡大画像の映像信号を得る。撮像装置２００からの
微生物拡大画像の映像信号やモータートルク異常信号
は、現場操作盤３００を介し中央操作盤３３０へ送信さ
れる。

【００２０】現場操作盤３３０は、撮像装置２００に電
源を供給すると共に、撮像装置200内テレビカメラ，照
明，洗浄、及びサンプリングの各手段を自動／手動制御
する。撮像装置２００からの映像信号は、現場操作盤３
３０に接続されている現場用モニタ３４０、映像異常検
知器４１０に送信されると同時に中央操作盤３００へ送
信される。照明異常検知器４１０は、撮像装置２００か
らの映像信号の最大輝度，平均輝度，最小輝度，輝度分
布等から映像信号の正常／異常を判定し映像異常時は制
御器４００へ映像異常の信号を送信する。又、照明ラン
プ切れの場合ランプ異常の信号を送信する。

【００２１】動作時間検知器４２０は、制御器４００が
モータ起動指令を送信後、モータから動作完了信号を受
信するまでの時間を計測し、計測時間が規定時間を超え
た場合動作異常と判定し動作時間異常信号を制御器４０
０へ送信する。

【００２２】制御器４００は、中央操作盤３００からの
制御信号もしくは制御器４００の内部タイマーに同期し
て撮像装置２００へ制御信号を送信する。制御器４００
は、映像異常の信号の内容に応じて照明強度の自動調
整、撮像装置２００へ洗浄のためワイパー起動指令の送
信や警報出力の回路を内蔵(図示せず)している。ワイパ
ー起動後も継続して映像信号異常信号が発生する場合は
強い警報を出力したり、照明、又はテレビカメラの電源
を遮断する。ランプ異常の信号の場合、ランプ交換を促
す警報を出力する。また、撮像装置２００からモータの
トルク異常信号、動作時間検知器４２０から動作時間異
常信号を受信した場合にモータ停止信号を送信する回
路、モータの電源を遮断する回路、及び警報出力の回路
を内蔵（図示せず）している。制御器４００，映像異常
検知器４１０、及び動作時間検知器４２０は中央に設置
してもよい。また、モータ異常検知器２６０，２６１
は、現場操作盤３３０，中央操作盤３００に設置しても
よい。

【００２３】中央操作盤３００は、現場操作盤３３０か
ら送信されてくる映像信号を受信し中央用モニタ３２０
及び画像処理装置３１０に送信する装置(図示せず)と、
撮像装置２００を遠隔操作する為の制御信号を現場操作
盤３３０に送信する装置（図示せず）を備えている。こ
こで、制御信号とは例えば撮像装置２００内蔵テレビカ
メラ，照明装置等の電源の入切指令，洗浄サンプルの開
始指令，カメラの絞り，焦点操作指令指，モータ制御指
令等の信号である。また、現場操作盤３３０からの異常
検知信号を受信した場合、撮像装置２００内構成機器の
状態信号から異常箇所を診断し警報情報に加える機能も
有する。

【００２４】画像処理装置３１０は、撮像装置２００か
らの微生物拡大画像の映像信号を画像処理し、微生物の
同定，微生物の大きさ，個数，出現頻度等を計算し、こ
れら計算値を中央モニタ３２０に表示する。モニタテレ
ビ３２０は、撮像装置２００から送信されてくる映像信
号や、画像処理装置３１０から送信される映像信号並び
に計算値を表示する。映像異常検知器４１０の機能は、
画像処理装置３１０に持たせてもよい。

【００２５】尚、現場操作盤３３０，中央操作盤３００
からの警報とは、ランプ点灯，ブザー，音声，画面への
メッセージ表示である。

【００２６】以上の実施例は下水処理プロセスに適用し
た例を説明したが、本発明は、微生物を培養する他のバ
イオプロセス、湖沼のアオコ等の微生物，海洋のプラン
クトンといった液体中の微小物体の監視に適用できるこ
とや、微小物体の画像計測値を指標とした混合液の異常
診断やプロセス制御への適用は当然のことである。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、不特定の物体が存在す
る混合液中でも窓ガラスや駆動部の損傷を最小限に抑え
ることができ、安定した微小物体の静止画像が連続的に
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】プランジャ、ワイパの動作説明図である。

【図３】サンプル空間とその周辺の拡大図である。

【図４】下水処理プロセスの微生物観察システムを示す
図である。

【符号の説明】

１１０…エアレーションタンク、２００…撮像装置、２
１１…プランジャ、２１２…テレビカメラ、２１３,２
１４…モータ、２１７…観察窓、２１８…サンプル固定
用ガラス、２１9…照明装置、２６０、２６１…モータ
異常検知器、４００…制御器、４１０…映像異常検知
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者圓佛伊智郎茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者金子智則茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者呉文智茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献特開平４−71692（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−184428（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 C02F 3/00 C02F 3/12 H04N 7/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】観察窓を有し液体中に浸漬したとき液体が
侵入しないよう構成された防水ケースと、液体中の微小
物体を照明する手段と、液体中微小物体輝度信号を電気
信号に変換する撮像手段と、微小物体固定手段と、異常
検知手段を具備したことを特徴とする液中撮像装置。
【請求項２】請求項１において前記異常検知手段は、前
記固定手段駆動用モーターのトルク異常検知であること
を特徴とする液中撮像装置。
【請求項３】請求項１において前記異常検知手段は、前
記固定手段駆動用モーターの動作時間の異常検知である
ことを特徴とする液中撮像装置。
【請求項４】請求項１，２，３において、前記撮像装置
からの映像信号の異常検知手段を具備したことを特徴と
する液中撮像装置。
【請求項５】請求項４において、前記観察窓の洗浄手段
を具備し、前記映像信号の異常検知手段が異常を検知し
た場合、洗浄手段を動作させることを特徴とする液中撮
像装置。